[論文レビュー] Towards a fundamental safe theory of composite Higgs and Dark Matter

Giacomo Cacciapaglia, T. Ma+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、UV固定点からIR固定点へと流れ、ウォーク型テクニカラー力学を可能にする、フェルミオン的プリオンを基本とする理論から導かれる、UV完全で漸近安全な複合ヒッグス模型とダークマター（DM）を提案する。すべてのSMフェルミオンに対して部分的複合性を達成し、260 GeVまたは1.5–2 TeVの有効なDM候補を特定しており、次世代の直接検出実験でテスト可能である。

ABSTRACT

We present a novel paradigm that allows to define a composite theory at the electroweak scale that is well defined all the way up to any energy by means of safety in the UV. The theory flows from a complete UV fixed point to an IR fixed point for the strong dynamics (which gives the desired walking) before generating a mass gap at the TeV scale. We discuss two models featuring a composite Higgs, Dark Matter and partial compositeness for all SM fermions. The UV theories can also be embedded in a Pati-Salam partial unification, thus removing the instability generated by the $\mbox{U}(1)$ running. Finally, we find a Dark Matter candidate still allowed at masses of $260$ GeV, or $1.5 \sim 2$ TeV, where the latter mass range will be covered by next generation direct detection experiments.

研究の動機と目的

• すべてのエネルギースケールで予測可能である、複合ヒッグスおよびダークマターの根本的でUV完全な理論を構築すること。
• 基本スカラーを導入することなく、部分的複合性によってヒerarchy問題を解決し、すべてのSMフェルミオンの質量を生成すること。
• 多数の重いフェルミオン的プリオンによってUV固定点へと理論を駆り、漸近安全に保つこと。
• U(1)の走破を回避し、ゲージ不変性を保つために、部分的統一のPati-Salam型構造にモデルを埋め込むこと。
• 宇宙背景放射密度と直接検出制約と整合する、安定で弱い力で相互作用するダークマター候補を特定すること。

提案手法

• フェルミオン的プリオンを含む強い結合ゲージ＝ヤクバイ理論において、大N_fの再結合技術を用いてUV固定点を同定する。
• 多数の重いプリオン場を導入することでUV固定点を強制し、理論がすべてのスケールで適切に定義されることを保証する。
• 大規模な対称性の自発的破れによって複合ヒッグスを構成し、ヒッグスがネーブル＝ゴールドストーン粒子として出現することを実現する。
• 全球SU(4)_L × SU(4)_R対称性に変換するスプルーノ場を用いて、すべてのSMフェルミオンの部分的複合性を構築する。
• ダークマター候補の安定化のためのダークパリティ（P_B）を導入し、トッパーやヒッグスの結合を通じて相互作用を媒介する。
• FeynRulesとmicrOMEGAsを用いて、素粒子物理学的マッチングのためにDMの宇宙残響密度とスピン非依存散乱断面積を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミオン的プリオンを用いた根本的で漸近安全な理論によって、複合ヒッグス模型をUV完結させることは可能か？
• RQ2 基本スカラーを導入せず、過度の微調整を避けて、すべてのSMフェルミオンの部分的複合性を一貫して実現する方法は何か？
• RQ3 UV固定点は、理論の安定化とヒッグス系におけるウォークダイナミクスの実現に果たす役割は何か？
• RQ4 同じ基本的ダイナミクスから自然にダークマター候補が出現し得るか？その質量と結合定数は、宇宙論的および直接検出制約と整合するか？
• RQ5 Pati-Salam型の統一構造への埋め込みは、ゲージ結合定数の走破とUV安全性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 理論はUV固定点からIR固定点へと流れ、強い相互作用におけるウォーク的振る舞いを実現し、ヒッグス質量の安定化と部分的複合性を支持する。
• 260 GeVに有効なダークマター候補が特定され、1.5–2 TeVの第二の許容領域も存在し、次世代の直接検出実験で探査可能である。
• 多数のプリオンを用いて、すべてのSMフェルミオンの部分的複合性を達成し、トップクォーク質量は強い相互作用によって生成される。
• 離散的ダークパリティによってDM候補が安定化され、トップパートナーセクターと結合することで、観測された値と整合する宇宙残響密度を達成する。
• スカラーポテンシャルは部分的複合性ラグランジアンのループ補正によって生成され、全マッチングをmicrOMEGAsを用いて行い、素粒子物理学的解析を実施する。
• Pati-Salam型の部分的統一構造に埋め込むことで、U(1)の走破による不安定性を回避し、UV整合性が向上する。